煙氣同時脫硫脫硝技術工藝及其特點

王海斌

（潞安環能股份有限責任公司焦化產業部，山西 襄垣 046204）

燃料燃燒是煙氣的主要來源，而煙氣中所含有的煙塵、二氧化硫以及氮氧化物等有害物質是造成大氣污染和酸雨問題的主要因素。以“十五”期間為例，我國投入了967 億元用在二氧化硫與酸雨污染防治。如何有效地去除煙氣中的二氧化硫和氮氧化物，已經得到全球研究者的重視。

1 典型的煙氣同時脫硫脫硝技術

目前，國內外所使用的脫硫脫硝技術主要是Wet-FGD+SCR 的組合，也就是將濕式煙氣脫硫與NH3選擇性催化還原脫硝相互結合。濕式煙氣脫硫是以堿性的溶液或漿液為吸收劑，同SO2相互反應之后，就會有硫酸鹽產物，進而去除S0x。NH3選擇性催化還原脫硝主要是在含氧的氛圍下通過催化劑讓煙氣之中的NOx 利用氨還原成N2與水，在300～450℃的反應溫度下可以達到70%-90%的脫硝率。此技術成熟可靠，目前在全球范圍內都得到廣泛的應用，但是考慮到其工藝設備的投資偏大，需要預熱處理煙氣，催化劑價格昂貴并且使用壽命較短，同時還有設備容易腐蝕以及氨泄漏等問題。目前，HC-SCR 和低溫SCR 工藝是改良的重點。HC-SCR 脫硝技術是基于有機化合物之中的丙烯、甲烷、丙烷等來替代氨用于還原劑，可以彌補設備腐蝕以及氨泄漏等缺點，并且也可以減少副產物CO 的生成。低溫的SCR工藝反應溫度一般在150～250℃，可以彌補常規工藝之中煙氣余熱處理面臨的不足，控制運行費用。

2 新興的煙氣同時脫硫脫硝技術

2.1 高能輻射化學法

1）電子束照射法（EBA）

基于陰極發射并且經過電場加速，會直接形成500-800keV 的高能電子束，在輻照煙氣時就會有輻射化學反應的出現，從而生成HO2、O、OH 等自由基，然后與NOx 及S0x 相互反應，生成硝酸和硫酸，在通入氨氣的情況下會有NH4NO3和（NH4）2SO4等副產品的產生。

這一種方法屬于干法處理，其優點在于不會有廢水廢渣的產生，并且能同時脫硫脫硝，達到90%脫硫以及80%脫硝。其系統操作簡單方便，過程也非常容易控制，對于含硫量的實際變化也擁有較好的負荷跟蹤性和適應性，脫硫技術消耗的成本要遠遠低于常規的方法，但是耗電量偏高。

2）脈沖電暈等離子體法（PPCP）

PPCP 屬于電暈放電產生的高能電子，其主要是利用電暈和高壓電源反應器組合，在電暈和電暈反應器電極氣隙之間出現的電暈等離子體，可以利用氧化鋁去除SO2和NOx。對于PPCP 方式的利用，其優勢在于滿足除塵的要求。通過大量的研究表明，煙氣之中的粉塵可以提升PPCP的脫硫脫硝效率，并且其成本也明顯低于EBA，最終成為具有較強吸引力的煙氣治理方法。

2.2 固體吸附-再生法

1）炭質材料吸附法

在整個脫硫脫硝過程中主要包含了吸附塔和再生塔兩個部分，通過吸附塔之中的吸附劑，SO2在吸附催化后就會生成硫酸鹽或硫酸，從而貯存于吸附材料微孔之中，然后利用再生塔的加熱再生處理，就可以形成量少但SO2濃度高的氣體，之后就會轉化成有一定價值的副產品，如液態SO2、單體硫磺、濃硫酸等。在添加NH3的條件下，NOx 就可以在吸附劑催化作用下直接生成氮氣和水排入大氣之中，這個過程也能直接除掉煙氣中的塵。

2）NO×SO 法

在1982 年，美國開始進行活性氧化鋁吸附法脫硫脫硝技術的研究。這一種吸附劑是以r-氧化鋁為基本的載體，利用堿或堿成分鹽溶液，比如可以利用碳酸鈉溶液噴涂載體，之后讓浸泡過的吸附劑加熱、干燥，去除其殘余水分后制成。NOx 和SO2接觸帶有堿或堿土金屬成分的吸附劑之后，可以實現NOx 和SO2最大限度的吸附處理。其再生過程也就是在溫度達到600℃左右加熱，讓NOx 能夠釋放，然后再將其循環送入鍋爐的燃燒器之中，當其濃度達到相對穩定的狀態后就會形成化學平衡，只有N2，不會再生成NOx，最終抑制NOx 的生成。

3）CuO 吸附法

這一方式在進行脫硫脫硝處理中主要是利用CuO/Al2O3或CuO/SiO2作吸附劑（其中的CuO 含量在4%～6%之間），整個反應包含：第一，在吸附器之中，處于300-450℃的溫度條件時，SO2與吸附劑相互反應，會形成CuSO4，滿足脫硫的要求；在進行脫硝的時候，則是因為CuO 與生成的CuSO4針對NH3所還原的NOx 本身帶有較高的催化作用，并且與SCR 法相互結合，實現脫硝處理。第二，再生器之中利用H2或CH4還原，在還原之后，Cu 或Cu2O 在吸附劑處理器之中主要是通過空氣氧化或煙氣氧化形成CuO，也可以重復使用。該方式主要是在吸附溫度達到750℃時達到超過90%的脫硫脫硝效果，不會出現新的廢棄物，沒有二次污染，能達到99.9%的除塵率。但反應的溫度偏高，需要為裝置加熱，并且吸附劑的制備成本也較高。

3 我國煙氣同時脫硫脫硝技術的現狀及發展方向

在我國煙氣治理中，脫硫是重點，其技術主要是選擇濕式石灰石-石膏法，也可以考慮電子束照射法和海水脫硫法等，其可以達到超過90%的脫硫效率。目前，脫硝還處于發展階段，主要是利用SCR 催化還原法。最近幾年，國家對于氨氧化物的排放也制定了相應的措施與政策，構建了脫硝示范工程，并且對于脫硫脫硝技術的重視度也在不斷提升。

活性炭（焦）也是主要的脫硫脫硝技術發展方向，本工藝的優點在于：第一，能達到98%的脫硫率，并且在100～200℃的低溫下也可以達到80%的脫硝率；第二，經過處理之后，煙氣排放無需進行熱處理；第三，不會使用水，因此沒有二次污染；第四，吸附劑來源廣泛，也不會有中毒的問題出現，只需要將消耗的部分補充即可；第五，對于廢氣之中包含HCl、HF、汞等污染物都可以進行深度處理；第六，帶有除塵的功能，其出口的排塵濃度要低于10mg/m3；第七，實現高純硫磺、液態SO2、濃硫酸等副產品的回收；第八，建設費用較低，并且運轉過程更經濟，占地面積偏小。

使用本工藝的主要缺點在于：第一，活性炭的價格較高，在實際的再生、吸附之中也存在較大損耗；其揮發分較低，不利于脫硝的處理，但可以用活性焦替代活性炭，實現對成本的控制。第二，吸附法脫硫必定會有再生頻繁、脫硫速率較慢、脫硫容量低等問題，阻礙其推廣應用。第三，噴射氨可以提高活性炭的實際黏附力，導致吸收塔之中的氣流出現不均勻分布，同時因為存在氨，會導致管道被腐蝕與堵塞，也容易出現二次污染。第四，由于解吸塔和吸收塔需要長距離傳輸，會損壞活性炭。經過發展，這一技術能夠達到90%的脫硫脫硝率，最近幾年，也有相關研究人員將微波技術與活性炭吸附相互結合，利用微波誘導催化還原脫硫脫硝技術。這一種技術是以活性炭為氨氧化物載體，在朝著活性炭床添加微波能之后，就能滿足實際要求，達到96%以上的脫硫脫硝率。

4 結語

總而言之，隨著煙氣排放問題的不斷加劇，環保法律也變得越來越嚴格。所以現階段應該考慮一些低成本、穩定運行、高效率的技術，這是技術發展的主要趨勢。但是脫硫脫硝技術具有良好的靈活性和經濟性，加上國外的研究還不夠完善，所以我國還需要加大這一塊的研究。